第2章流变性质.ppt

PC粘度高于HDPE 注射压力是后者的三倍 粘度的敏感程度不同 第二章聚合物的流变性质 RheologicalCharacteristics 2 1聚合物流体的流动特性不同的聚合物具有不同的流动行为 例 LDPE PC 大多数聚合物熔体在成型流动过程中粘度变化极为复杂 聚合物流体在不同的条件下呈现牛顿性和非牛顿性 2 1 1 牛顿流体及其流变方程1 牛顿流体 为线性关系 见图 1 流体的剪切应变 随 作用时间延长而线性增加 见图 2 2 牛顿流体的特点 无论 如何变化 仅是分子结构 温度的函数 与 和无关 即 f 分子结构 温度 见图 4 对 取对数 得 以 作图 见图 3 直线的截距为 牛顿粘度 的意义 反映了在一定温度下液体内部分子间摩擦力 抵抗外力所引起流体变形的能力 流体本身固有的属性 牛顿流体的形变具有不可逆性 应力去除后 形变会保持下来 故称粘性流体 低分子化合物的液体或溶液 如水和甲苯等 极少数聚合物熔体 聚碳酸酯 偏二氯乙烯 氯乙烯共聚物等 在一定范围内 104s 1 10s 1 大多数的聚合物熔体 3 牛顿流体的种类 2 1 2非牛顿型流体及其流变方程1 非牛顿型流体 非牛顿型流体的共性 在一定温度下 与不成正比 其粘度 a不是常数 随 或变化 流体粘度不但对物质结构 温度有依赖性且对也有依赖性 即 a f 分子结构 温度 根据 a随 变化规律不同 非牛顿流体分为 流动中包含不可逆形变及可逆形变 a为在某一加工条件下流动性的参数 不能完全反映高聚物抵抗不可逆形变能力 假塑性流体 膨胀性流体和宾哈流体 1 假塑性流体 假塑性流体流动曲线见图4 3 假塑性流体种类 在10s 1 104s 1内 高聚物熔体 高聚物熔体 大分子彼此缠结 受到剪切作用时 缠结点打开 大分子沿流动方向排列 故 a降低 且随增大 a更低 高聚物溶液及悬浮液 高聚物溶液 溶剂化作用使得线团或粒子内封闭的溶剂小分子 剪切作用 溶剂小分子被挤出 粒子和无规线团尺寸减小 流动阻力下降 粘度降低 混炼胶 塑炼胶 混炼胶 塑炼胶 剪切作用的增加使得分子链断链 导致分子量下降 粘度降低 2 膨胀型流体特性 随增加 a增加 即 剪切增稠 类型 固体含量较大的悬浮液 例如 PVC糊悬浮液 少数含固体填充物 高含量 的聚合物熔体 流动中产生结晶的聚合物熔体 为何具有 剪切增稠 特性 多分散体系 高含量 高硬度微粒为分散相 分散介质在其间起润滑作用 增大 粒子相互碰撞 导致润滑不足 流动阻力增加 粘度上升 3 Binham流体特征 较小不流动 呈现凝胶状态 只发生弹性变形 当 y 临界剪切应力 开始流动 流动行为近似牛顿流体 见图a 类型 所有高聚物在其良溶剂中形成的浓溶液行为与Binham流体相近 该液体在静止时内部存有凝胶结构 当外加应力大于 y时 凝胶崩溃 流动行为与牛顿流体相似 3 聚合物熔体的流动曲线 2 非牛顿流体的指数定律方程 在宽剪切速率范围内的聚合物熔体 曲线 和 牛顿流动区 非牛顿区 表示熔体破裂 成型加工方法不同 剪切速率范围不同 成型方法与剪切速率 2 2影响聚合物流变行为的主要因素聚合物的流变行为主要表现 粘度变化 a与成型加工工艺条件 T P n 有关 n 转速 反映剪切速率 1 剪切速率的影响聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为 其粘度随剪切速率的增加而下降 应注意的是 不同聚合物 a对及 有不同的依赖性 一些高聚物粘度对剪切速率的敏感性指标 102S 1 103S 1 粘度对敏感性较明显的有LDPE HDPE PP PS HIPS ABS PPS PA1010 PA6 PA66 PBT POM和PC则对不敏感 意义 a对敏感的高聚物 提高可使其 a下降 使聚合物熔体容易通过浇口顺利充满模具型腔 并使大型注塑机能耗降低 但对敏感性大的高聚物的成型 稍微的波动都会影响其制品的质量 成型加工中应如何选择剪切速率的范围 2 温度的影响随着温度的升高 聚合物分子间的相互作用力减弱 聚合物熔体的粘度降低 流动性增大 如图所示 分子链刚 极性大或有较强极性取代基团的高聚物 PMMA PC PS PA PET PVC等 表观黏度对温度敏感高聚物 了解聚合物熔体的粘度对温度的敏感性 在成型加工中的作用 a对T敏感的高聚物可通过温度调节聚合物熔体的粘度 以适应工艺的需要 在加工中要注意稍小的温度波动都会对 a产生影响 从而影响制品质量的稳定性 注意 并不是 a对T不敏感的高聚物其 a不能用T进行调节 PP PE POM 对于高聚物而言 T Td时 提高加工温度都会增大其流动性 3 压力的影响聚集态中存在某些空穴 自由体积 聚合物熔体是可压缩的流体 在成型加工过程中聚合物熔体受到自身流体静压力和外部作用力的作用 例如 成型压力 l 10MPa 聚合物熔体体积压缩量 l 注塑成型时 注射压力可达100MP 出现明显的体积压缩 体积压缩 自由体积减少 分子间距离缩小 导致流体的粘度增加 流动性降低 结论 增大压力使聚合物熔体的粘度上升 聚合物粘度对压力变化的敏感性 支化的LDPE比线型的HDPE自由体积大 分子堆砌较松 可压缩性大 PS PMMA侧基较大 自由体积较大 以上说明 对某些聚合物单纯通过增大压力来提高熔体的流速并不恰当 过大的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨损 4 分子参数和结构的影响相对分子质量 Mw 相对分子质量分布 MWD 链支化 链刚性 极性5 添加剂的影响影响熔体粘度显著的添加剂有增塑剂 润滑剂和填料等 第二章聚合物的流变性质2 1聚合物流体的流动特性聚合物流体的牛顿性和非牛顿性2 1 1 牛顿流体及其流变方程牛顿流体的特点 牛顿流体的种类2 1 2非牛顿型流体及其流变方程非牛顿型流体的共性 假塑性流体 膨胀型流体 Binham流体 聚合物熔